(57)【要約】【課題】  貫通孔が予め形成された粗材からかさ歯車を鍛造加工により製造するに際して、鍛造工程後の機械加工を省略可能とし得る、かさ歯車の製造方法およびかさ歯車の製造装置を提供する。【解決手段】  大端部１０１と小端部１０２との間に歯形部１０３を有するとともにセンター孔１０４を有するかさ歯車１００を、歯形部を形成する歯型３９を備える鍛造型２０を用いて、鍛造加工により製造するに際し、貫通孔１１１が予め形成された粗材１１０の開口部１１２、１１３のうち、かさ歯車の小端部側の頂面入口部１０５をなす側の開口部１１２から、鍛造型に設けられた上マンドレル３５を挿入する。そして、上マンドレルに形成されるとともに歯型に向かう方向に傾斜したテーパ部３８によって、歯型に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに頂面入口部に面取り部１０６を塑性加工する。【選択図】図５
2005007480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
大端部と小端部との間に歯形部を有するとともにセンター孔を有するかさ歯車を、前記歯形部を形成する歯型を備える鍛造型を用いて、鍛造加工により製造するに際し、
貫通孔が予め形成された粗材の前記貫通孔の軸線方向に沿って両端に位置する開口部のうち、かさ歯車の小端部側の頂面入口部をなす側の開口部から、前記鍛造型に設けられたマンドレルを挿入し、前記マンドレルに形成されるとともに前記歯型に向かう方向に傾斜したテーパ部によって、前記歯型に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに前記頂面入口部に面取り部を塑性加工することを特徴とするかさ歯車の製造方法。
【請求項２】
前記テーパ部は、前記マンドレルが前記粗材に対して相対的に前進限位置に達したときに前記材料の塑性流動および前記面取り部の塑性加工を行う位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のかさ歯車の製造方法。
【請求項３】
前記テーパ部は、前記マンドレルの長手方向に沿う中間部分に形成され、前記マンドレルの先端は、前記マンドレルが前記前進限位置に達したときに、前記歯形部における前記軸線方向に沿う前記大端部側の底部を含む軸直交線の近傍まで前記貫通孔内に挿入されていることを特徴とする請求項２に記載のかさ歯車の製造方法。
【請求項４】
前記貫通孔内に挿入された前記マンドレルの先端は、前記軸直交線を超えないことを特徴とする請求項３に記載のかさ歯車の製造方法。
【請求項５】
大端部と小端部との間に歯形部を有するとともにセンター孔を有するかさ歯車を、前記歯形部を形成する歯型を備える鍛造型を用いて、鍛造加工により製造するかさ歯車の製造装置において、
貫通孔が予め形成された粗材の前記貫通孔の軸線方向に沿って両端に位置する開口部のうち、かさ歯車の小端部側の頂面入口部をなす側の開口部から、前記貫通孔内に挿入されるマンドレルを有し、
前記マンドレルに、前記歯型に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに前記頂面入口部に面取り部を塑性加工するテーパ部を、前記歯型に向かう方向に傾斜させて形成したことを特徴とするかさ歯車の製造装置。
【請求項６】
大端部と小端部との間に歯形部を有するとともにセンター孔を有するかさ歯車を、前記歯形部を形成する歯型を備える鍛造型を用いて、鍛造加工により製造するに際し、
貫通孔が予め形成された粗材の前記貫通孔の軸線方向に沿って両端に位置する開口部のうちの一方の開口部から、前記鍛造型に設けられたマンドレルを挿入し、前記マンドレルに形成されるとともに挿入方向先端に向けて先細りとなるマンドレル側歯部によって、前記センター孔に挿入連結される連結軸に形成された軸側歯部に噛み合うセンター孔側歯部を塑性加工してなり、
前記マンドレル側歯部を先細りにする量を、鍛造加工後のかさ歯車に施される熱処理時の歪みによって、前記センター孔側歯部の径が当該センター孔の軸線方向位置に拘わらず均一になる量に設定したことを特徴とするかさ歯車の製造方法。
【請求項７】
前記軸側歯部および前記センター孔側歯部は、セレーションであることを特徴とする請求項６に記載のかさ歯車の製造方法。
【請求項８】
大端部と小端部との間に歯形部を有するとともにセンター孔を有するかさ歯車を、前記歯形部を形成する歯型を備える鍛造型を用いて、鍛造加工により製造するかさ歯車の製造装置において、
貫通孔が予め形成された粗材の前記貫通孔の軸線方向に沿って両端に位置する開口部のうちの一方の開口部から、前記貫通孔内に挿入されるマンドレルを有し、
前記マンドレルに、前記センター孔に挿入連結される連結軸に形成された軸側歯部に噛み合うセンター孔側歯部を塑性加工するマンドレル側歯部を、挿入方向先端に向けて先細りに形成してなり、
前記マンドレル側歯部を先細りにする量を、鍛造加工後のかさ歯車に施される熱処理時の歪みによって、前記センター孔側歯部の径が当該センター孔の軸線方向位置に拘わらず均一になる量に設定したことを特徴とするかさ歯車の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、かさ歯車の製造方法およびかさ歯車の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばディファレンシャルギヤのように、交差する二軸の間で回転を伝達するために、かさ歯車が広く用いられている。かさ歯車は、大端部と小端部との間の円錐面に歯形部が形成され、歯すじの形により、すぐばかさ歯車、まがりばかさ歯車、はすばかさ歯車などに分類される。かさ歯車は、歯形の大きさが大端部側と小端部側とで異なることから、歯の製作にはかなりの困難を伴うが、従前の切削による製造工程から、近年では生産性のよい鍛造による製造工程へと変化してきている。なかでも、精密鍛造技術に属する密閉鍛造や閉塞鍛造によって製造されることが多くなっている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
また、鍛造前の前粗材に予め貫通孔を形成しておき、貫通孔にマンドレルを挿入して鍛造加工を行って歯車を製造する技術も知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００４】
しかしながら、貫通孔が予め形成された粗材から、歯形部を形成する歯型を備える鍛造型を用いてかさ歯車を鍛造加工により製造すると、歯形部に向かう材料の塑性流動が起こらず、歯形部に材料が充填されずに欠肉が生じる虞がある。
【０００５】
また、かさ歯車を鍛造加工により製造する技術において、鍛造工程後の機械加工を省略可能とすることで、一連の製造工程の簡素化を図るという要請もある。
【特許文献１】特開平９−１４１３８０号公報
【特許文献２】特開平７−２２３０３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、貫通孔が予め形成された粗材からかさ歯車を鍛造加工により製造するに際して、鍛造工程後の機械加工を省略可能とし得る、かさ歯車の製造方法およびかさ歯車の製造装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するための本発明は、下記の手段により達成される。
【０００８】
本発明は、大端部と小端部との間に歯形部を有するとともにセンター孔を有するかさ歯車を、前記歯形部を形成する歯型を備える鍛造型を用いて、鍛造加工により製造するに際し、
貫通孔が予め形成された粗材の前記貫通孔の軸線方向に沿って両端に位置する開口部のうち、かさ歯車の小端部側の頂面入口部をなす側の開口部から、前記鍛造型に設けられたマンドレルを挿入し、前記マンドレルに形成されるとともに前記歯型に向かう方向に傾斜したテーパ部によって、前記歯型に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに前記頂面入口部に面取り部を塑性加工することを特徴とするかさ歯車の製造方法である。
【０００９】
また、本発明は、大端部と小端部との間に歯形部を有するとともにセンター孔を有するかさ歯車を、前記歯形部を形成する歯型を備える鍛造型を用いて、鍛造加工により製造するかさ歯車の製造装置において、
貫通孔が予め形成された粗材の前記貫通孔の軸線方向に沿って両端に位置する開口部のうち、かさ歯車の小端部側の頂面入口部をなす側の開口部から、前記貫通孔内に挿入されるマンドレルを有し、
前記マンドレルに、前記歯型に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに前記頂面入口部に面取り部を塑性加工するテーパ部を、前記歯型に向かう方向に傾斜させて形成したことを特徴とするかさ歯車の製造装置である。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、貫通孔が予め形成された粗材からかさ歯車を鍛造加工により製造するに際して、鍛造加工と同時に頂面入口部に面取り部が塑性加工されるため、鍛造工程後に面取り部を形成するための機械加工を省略することができる。さらに、歯形部での欠肉を防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１２】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の実施形態に係るかさ歯車の製造装置１０の、鍛造型２０が開かれた鍛造前の状態を示す断面図、図２は、同製造装置１０の、鍛造型２０が閉じられ鍛造加工途中の状態を示す断面図、図３は、同製造装置１０の、鍛造加工が完了した状態を示す断面図である。図４は、図２の要部を示す断面図、図５は、図３の要部を示す断面図である。また、図６（Ａ）は、かさ歯車１００を製造する際に使用される鍛造前の粗材１１０であって、貫通孔１１１が予め形成された粗材１１０を示す断面図、図６（Ｂ）は、鍛造加工により製造されたかさ歯車１００を示す断面図である。
【００１３】
図６（Ｂ）に示すように、鍛造加工により製造されたかさ歯車１００は、大端部１０１と小端部１０２との間に歯形部１０３を有するとともにセンター孔１０４を有している。本実施形態にあっては、鍛造加工と同時に、小端部１０２側の頂面入口部１０５に面取り部１０６が塑性加工されている。
【００１４】
図６（Ａ）に示すように、鍛造前の粗材１１０には、貫通孔１１１が予め形成されている。貫通孔１１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部１１２、１１３のうち、図中上側の開口部１１２は、鍛造後においてかさ歯車１００の小端部１０２側の頂面入口部１０５をなし、図中下側の開口部１１３は、鍛造後においてかさ歯車１００の大端部１０１側の背面入口部１０７をなす。また、貫通孔１１１は、鍛造後において、かさ歯車１００のセンター孔１０４となる。貫通孔１１１は、ドリル加工などの切削加工により形成したもの、あるいは、中実素材に対して塑性加工により形成したもの、のいずれであってもよい。
【００１５】
かさ歯車１００の材質は、ＪＩＳ  ＳＣ材、ＳＮＣ材、ＳＮＣＭ材、ＳＣｒ材、ＳＣＭ材、ＳＭｎ材、ＳＭｎＣ材などの鋼材もしくは適宜の合金元素を添加した鋼材の中から任意に選んで使用することができ、特に限定はされない。
【００１６】
このようなかさ歯車１００は、鍛造型２０を有する製造装置１０によって製造され、鍛造型２０には、歯形部１０３を形成するための歯型３９が設けられている。
【００１７】
図１〜図５に示すように、かさ歯車１００の製造装置１０は、概説すれば、貫通孔１１１が予め形成された粗材１１０の貫通孔１１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部１１２、１１３のうち、かさ歯車１００の小端部１０２側の頂面入口部１０５をなす側の開口部１１２から、貫通孔１１１内に挿入される上マンドレル３５（マンドレルに相当する）を有している。そして、この上マンドレル３５には、歯型３９に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに頂面入口部１０５に面取り部１０６を塑性加工するテーパ部３８を、歯型３９に向かう方向に傾斜させて形成してある。なお、本明細書においては、「マンドレル」には、ピアスなどの類似呼称をもつ部材も含まれるものとする。
【００１８】
以下、製造装置１０を詳述する。
【００１９】
鍛造型２０は、図６（Ａ）に示した粗材１１０が供給されて閉塞鍛造を行い、図６（Ｂ）に示したかさ歯車１００の鍛造品を製造する金型である。この鍛造型２０は、図１に示すように、下型４０と、当該下型４０に対して接近離反移動自在に設けられた上型３０と、を有している。相互に型締めした上型３０および下型４０により、粗材１１０を配置するとともにかさ歯車１００の外形形状に合致する内面形状を有するキャビティ２１が形成される（図２および図４を参照）。
【００２０】
上型３０は、上下に駆動される上ホルダ３１と、上ホルダ３１に保持されるとともに下面中心部に下方に向けて開口する凹部３２が形成された上ダイ３３と、上ダイ３３の中心孔３３ａに配置されたリング形状の上パンチ３４と、上パンチ３４の中心孔３４ａに配置された上マンドレル３５と、を有している。上パンチ３４および上マンドレル３５は、上ホルダ３１に対して固定されている。
【００２１】
上ダイ３３の凹部３２内面には、かさ歯車１００の歯形部１０３を形成する歯型３９が設けられている。
【００２２】
上マンドレル３５には、上述したように、歯型３９に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに頂面入口部１０５に面取り部１０６を塑性加工するテーパ部３８が、歯型３９に向かう方向に傾斜して形成されている。テーパ部３９の傾斜角度θは、特に限定されないが、例えば、２５度〜３５度である（図５を参照）。
【００２３】
テーパ部３８は、上マンドレル３５が粗材１１０に対して相対的に前進限位置に達したとき、すなわち、上マンドレル３５が下降限位置に達したときに材料の塑性流動および面取り部１０６の塑性加工を行う位置に形成されている。
【００２４】
図示例では、上マンドレル３５は、大径部３６と、小径部３７とを有し、テーパ部３８は、上マンドレル３５の長手方向に沿う中間部分、すなわち、大径部３６と小径部３７との間に形成されている。上マンドレル３５の小径部３７は、粗材１１０の貫通孔１１１、すなわち、かさ歯車１００のセンター孔１０４の内径に略等しい外形寸法を有している（図４を参照）。上マンドレル３５の小径部３７の先端は、上マンドレル３５が下降限位置に達したときに、歯形部１０３における軸線方向に沿う大端部１０１側の底部１０８を含む軸直交線Ｌの近傍まで貫通孔１１１内に挿入される長さ寸法を有している（図５を参照）。このような長さ寸法に設定した理由は、歯形部１０３の形成に実質的に寄与する位置まで上マンドレル３５を挿入する必要があるからである。
【００２５】
貫通孔１１１内に挿入された上マンドレル３５の小径部３７の先端は、前記軸直交線Ｌを超えないことが好ましい。この理由は、歯形部１０３の形成に実質的に寄与する位置まで上マンドレル３５を挿入すれば足りること、鍛造後にセンター孔１０４から上マンドレル３５を引き抜くことを容易にすること、を考慮したものである。
【００２６】
下型４０は、ベース上に取り付けられる下ホルダ４１と、上ダイ３３と同心状に対向するとともに下ホルダ４１に対して上下動自在に設けられた下ダイ４２と、下ダイ４２の移動をガイドするとともに下ダイ４２の上昇位置を規制するガイド４３と、下ダイ４２の中心孔４２ａに配置されたリング形状の下パンチ４４と、下パンチ４４の中心孔４４ａに上下動自在に設けられたノックアウトリング４５と、ノックアウトリング４５の中心孔４５ａに配置された下マンドレル４６と、を有している。ガイド４３、下パンチ４４および下マンドレル４６は、下ホルダ４１に対して固定されている。
【００２７】
下ダイ４２は、ガイド４３の内面および下パンチ４４の外周面に対して摺動自在に設けられている。下ダイ４２の中心孔４２ａは、粗材１１０の外径よりも若干大きい内径寸法を有している。下ダイ４２は、クッションピン５０を介して、クッションシリンダ５１のピストン５２により図中上向きに付勢されている。シリンダ室５３には、油圧発生装置５４から、圧力調整された圧油が供給される。
【００２８】
下パンチ４４は、下ダイ４２が下降限位置まで下降した状態で、下ダイ４２の上面より若干低くなる高さ寸法を有している（図３および図５を参照）。下パンチ４４の中心孔４４ａは、粗材１１０におけるリング状ボス部１１４、すなわち、かさ歯車１００におけるリング状ボス部１０９の外径に略等しい内径寸法を有している。
【００２９】
下マンドレル４６は、下パンチ４４の中心孔４４ａと同心で、貫通孔１１１の内径に略等しい外径寸法を有している。下マンドレル４６の高さ寸法は、上マンドレル３５が下降限位置に達したときに当該上マンドレル３５の先端に干渉せず、さらに、センター孔１０４内に形成され得る円環状の内バリの範囲を限定する観点から定められている。
【００３０】
ノックアウトリング４５は、下パンチ４４の中心孔４４ａの内周面および下マンドレル４６の外周面に対して摺動自在に設けられている。ノックアウトリング４５の下降限位置は、下パンチ４４の上面からボス部１０９、１１４の高さ分だけ低い位置に規制されている。ノックアウトリング４５は、ノックアウトピン５５を介して、ノックアウト装置５６により押し上げられる。これにより、かさ歯車１００の鍛造品が、キャビティ２１から上方に向けて突き出される。
【００３１】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００３２】
図１に示すように、上型３０を開いた状態で、上昇限位置まで上昇した下ダイ４２の中心孔４２ａ内に粗材１１０を供給する。図２および図４に示すように、上下型３０、４０を閉じると、上ダイ３３が下ダイ４２に当接する。下ダイ４２は、クッションピン５０を介して、圧油による付勢力が付勢されている。上型３０の下降を開始すると、下ダイ４２は、閉塞されたまま下降し、鍛造加工が開始される。
【００３３】
図３および図５に示すように、上型３０をさらに下降すると、上マンドレル３５の小径部３７が開口部１１２から貫通孔１１１内に挿入され、さらに、上パンチ３４と下パンチ４４との協働により粗材１１０がキャビティ２１内に押し込まれる。
【００３４】
上型３０が下降限位置まで下降し、上マンドレル３５が下降限位置に達すると、上マンドレル３５のテーパ部３８により材料が押し込まれ、図５に矢印で示されるように、歯型３９に向かう材料の塑性流動が生じる。これにより、歯形部１０３に材料が十分に充填され、歯形部１０３での欠肉が防止される。また、貫通孔１１１が予め形成された粗材１１０を使用するため、鍛造工程後にセンター孔１０４を形成するための孔開け工程が不要となる。さらに、センター孔１０４が鍛造加工時に形成されるため、歯形部１０３とセンター孔１０４との同心度を容易に高めることができる。
【００３５】
上マンドレル３５が下降限位置に達したときには、上マンドレル３５の小径部３７の先端は、前記軸直交線Ｌの近傍まで貫通孔１１１内に挿入されている。このため、上マンドレル３５の小径部３７が歯形部１０３の形成に実質的に寄与し、この観点からも、歯形部１０３に材料が十分に充填される。
【００３６】
貫通孔１１１内に挿入された上マンドレル３５の小径部３７の先端は、前記軸直交線Ｌを超えない。このため、歯形部１０３の形成に実質的に寄与する位置まで上マンドレル３５を挿入しながらも、鍛造後にセンター孔１０４から上マンドレル３５を容易に引き抜くことができる。
【００３７】
さらに、上マンドレル３５のテーパ部３８により材料が押し込まれる結果、鍛造加工と同時に、小端部１０２側の頂面入口部１０５に面取り部１０６が塑性加工される。このため、鍛造工程後に面取り部１０６を形成するための機械加工を省略することができる。
【００３８】
そして、上下型３０、４０を開き、ノックアウトリング４５を押し上げて鍛造品を上方に向けて突き出すことにより、大端部１０１と小端部１０２との間に歯形部１０３を有するとともにセンター孔１０４を有するかさ歯車１００が、単工程プレスによって製造される。この後、歯形精度を保証するために、必要に応じて、サイジングが施される。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態のかさ歯車１００の製造方法は、大端部１０１と小端部１０２との間に歯形部１０３を有するとともにセンター孔１０４を有するかさ歯車１００を、歯形部１０３を形成する歯型３９を備える鍛造型２０を用いて、鍛造加工により製造するに際し、貫通孔１１１が予め形成された粗材１１０の貫通孔１１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部１１２、１１３のうち、かさ歯車１００の小端部１０２側の頂面入口部１０５をなす側の開口部１１２から、鍛造型２０に設けられた上マンドレル３５を挿入し、上マンドレル３５に形成されるとともに歯型３９に向かう方向に傾斜したテーパ部３８によって、歯型３９に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに頂面入口部１０５に面取り部１０６を塑性加工するので、歯形部１０３に材料を十分に充填して歯形部１０３での欠肉を防止することが可能となる。また、鍛造加工と同時に頂面入口部１０５に面取り部１０６が塑性加工されるため、鍛造工程後に面取り部１０６を形成するための機械加工を省略することができる。さらに、センター孔１０４が鍛造加工時に形成されるため、歯形部１０３とセンター孔１０４との同心度を高めることが可能となる。
【００４０】
また、テーパ部３８は、上マンドレル３５が下降限位置に達したとき、つまり上マンドレル３５が粗材１１０に対して相対的に前進限位置に達したときに材料の塑性流動および面取り部１０６の塑性加工を行う位置に形成されているので、歯形部１０３への材料の充填と、面取り部１０６の加工とを確実に行うことができる。
【００４１】
また、テーパ部３８は、上マンドレル３５の長手方向に沿う中間部分に形成され、上マンドレル３５の先端は、上マンドレル３５が下降限位置に達したときに、歯形部１０３における軸線方向に沿う大端部１０１側の底部１０８を含む軸直交線Ｌの近傍まで貫通孔１１１内に挿入されているので、上マンドレル３５が歯形部１０３の形成に実質的に寄与し、この観点からも、歯形部１０３に材料が十分に充填される。
【００４２】
また、貫通孔１１１内に挿入された上マンドレル３５の先端は、前記軸直交線Ｌを超えないので、歯形部１０３の形成に実質的に寄与する位置まで上マンドレル３５を挿入しながらも、鍛造後にセンター孔１０４から上マンドレル３５を容易に引き抜くことが可能となる。
【００４３】
また、本実施形態のかさ歯車１００の製造装置１０は、大端部１０１と小端部１０２との間に歯形部１０３を有するとともにセンター孔１０４を有するかさ歯車１００を、歯形部１０３を形成する歯型３９を備える鍛造型２０を用いて、鍛造加工により製造するかさ歯車１００の製造装置１０において、貫通孔１１１が予め形成された粗材１１０の貫通孔１１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部１１２、１１３のうち、かさ歯車１００の小端部１０２側の頂面入口部１０５をなす側の開口部１１２から、貫通孔１１１内に挿入される上マンドレル３５を有し、当該上マンドレル３５に、歯型３９に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに頂面入口部１０５に面取り部１０６を塑性加工するテーパ部３８を、歯型３９に向かう方向に傾斜させて形成したので、上述したのと同様に、歯形部１０３での欠肉を防止でき、鍛造工程後に面取り部１０６を形成するための機械加工を省略することができ、歯形部１０３とセンター孔１０４との同心度を高めることが可能となる。
【００４４】
なお、上マンドレル３５の長手方向に沿う中間部分にテーパ部３８を形成した実施形態について説明したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。例えば、材料の塑性流動および面取り部１０６の塑性加工を行う機能を有するテーパ部３８を上マンドレル３５の先端部分に設け、下マンドレル４６を貫通孔１１１内の上部位置まで挿入する形態でもよい。
【００４５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態の技術上の意義は、粗材１１０に予め形成された貫通孔１１１にマンドレル３５、４６を挿入して、かさ歯車を鍛造加工により製造する技術において、鍛造工程後の機械加工を省略可能にすることである。第２の実施形態の技術上の意義は、第１の実施形態の技術上の意義と共通するものであり、鍛造工程後の機械加工、具体的には、センター孔の内周面にセレーションを形成するためのブローチ加工を省略可能にすることである。
【００４６】
図７は、本発明の第２の実施形態に係るかさ歯車の製造装置１０ａの、鍛造型２０が閉じられ鍛造加工途中の状態の要部を示す断面図、図８は、同製造装置１０ａの、鍛造加工が完了した状態の要部を示す断面図である。図９は、第２の実施形態において用いられる下マンドレル７６を示す図である。また、図１０（Ａ）は、かさ歯車２００を製造する際に使用される鍛造前の粗材２１０であって、貫通孔２１１が予め形成された粗材２１０を示す断面図、図１０（Ｂ）は、鍛造加工により製造されたかさ歯車２００を示す断面図、図１０（Ｃ）は、熱処理後のかさ歯車２００の断面を、連結軸２３０とともに示す図である。図１１は、センター孔３０４の内周面にセレーション３２１が形成された一般的なかさ歯車３００を示す断面図である。なお、第２の実施形態に係るかさ歯車の製造装置１０ａは、上下のマンドレル６５、７６の構造を除いて、第１の実施形態に係るかさ歯車の製造装置１０と実質的に同じである。このため、第１の実施形態と共通する部材にあっては、図示することなく同じ符号を用いて説明する。
【００４７】
一般的に、センター孔を有する歯車と、センター孔に挿入連結される連結軸とは、トルクの伝達を確実なものとするために、連結軸の外周面に形成された軸側歯部と、センター孔の内周面に形成されたセンター孔側歯部とを相互に噛み合わせて連結されている。軸側歯部およびセンター孔側歯部には、セレーションや、スプラインがある。連結軸に対して歯車を滑らせる必要がないような場合には、歯形のピッチが細かく歯数が多いセレーションが通常選択されている。以下の説明では、軸側歯部およびセンター孔側歯部がセレーションの場合を例に挙げて説明するが、スプラインを除外するものではないことは言うまでもない。
【００４８】
図１１に示されるかさ歯車３００は、センター孔３０４の内周面にセレーション３２１が形成されている。このセレーション３２１は、ブローチ加工により形成されている。ブローチ加工されたかさ歯車３００は、浸炭熱処理が施されて表面硬度が高められ、その後に研磨されて仕上げられる。
【００４９】
ここで、浸炭熱処理において生じる歪みにより、センター孔３０４のセレーション３２１の径が当該センター孔３０４の軸線方向位置によって変化し、寸法規格を満足しない場合がある。具体的には、頂面入口部３０５寄りのセレーション径をφａ、背面入口部３０７寄りのセレーション径をφｂとすると、ブローチ加工後ではφａ＝φｂである。しかしながら、浸炭熱処理時の歪みによって、φａ＞φｂとなり、寸法規格を満足しない場合がある。
【００５０】
また、新規形状のかさ歯車あるいは新規材料からなるかさ歯車を製造する場合には、ブローチ試作→浸炭熱処理→歪み量の調査→歪み量を考慮したブローチの製作、という手順を経なければならない。このため、良品のかさ歯車を作るまでに、長期の開発期間を要するという問題がある。
【００５１】
第２の実施形態は、上記のような不具合を改善することを意図したものである。
【００５２】
図１０（Ｂ）に示すように、鍛造加工により製造されたかさ歯車２００は、大端部２０１と小端部２０２との間に歯形部２０３を有するとともにセンター孔２０４を有している。第２の実施形態にあっては、鍛造加工と同時に、センター孔２０４に挿入連結される連結軸２３０に形成された軸側セレーション２３１（軸側歯部に相当する）に噛み合うセンター孔側セレーション２２１（センター孔側歯部に相当する）が塑性加工されている。さらに、第１の実施形態と同様に、小端部２０２側の頂面入口部２０５に面取り部２０６を塑性加工してある。
【００５３】
図１０（Ａ）に示すように、鍛造前の粗材２１０には、第１の実施形態の粗材２１０と同様に、貫通孔２１１が予め形成されている。貫通孔２１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部２１２、２１３のうち、図中上側の開口部２１２は、鍛造後において頂面入口部２０５をなし、図中下側の開口部２１３は、鍛造後において背面入口部２０７をなす。また、貫通孔２１１は、鍛造後において、かさ歯車２００のセンター孔２０４となる。
【００５４】
このようなかさ歯車２００は、鍛造型２０を有する製造装置１０ａによって製造され、鍛造型２０には、歯形部２０３を形成するための歯型３９が設けられている。
【００５５】
図７および図８に示すように、第２の実施形態における製造装置１０ａは、概説すれば、貫通孔２１１が予め形成された粗材２１０の貫通孔２１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部２１２、２１３のうち、かさ歯車２００の大端部２０１側の背面入口部２０７をなす側の開口部２１３（一方の開口部に相当する）から、貫通孔２１１内に挿入される下マンドレル７６（マンドレルに相当する）を有している。この下マンドレル７６には、軸側セレーション２３１に噛み合うセンター孔側セレーション２２１を塑性加工するマンドレル側歯部７７を、挿入方向先端に向けて先細りに形成してある。そして、マンドレル側歯部７７を先細りにする量、つまり径の変化量を、鍛造加工後のかさ歯車２００に施される浸炭熱処理時（熱処理時に相当する）の歪みによって、センター孔側セレーション２２１の径がセンター孔２０４の軸線方向位置に拘わらず均一になる量に設定してある。
【００５６】
上マンドレル６５には、歯型３９に向かう材料の塑性流動を生じさせるとともに頂面入口部２０５に面取り部２０６を塑性加工するテーパ部６８が、歯型３９に向かう方向に傾斜して形成されている。テーパ部６８は、上マンドレル６５が下降限位置に達したときに材料の塑性流動および面取り部２０６の塑性加工を行う位置に形成されている。図示例では、テーパ部６８は、上マンドレル６５の先端部分に形成されている。
【００５７】
下マンドレル７６は、図９にも示すように、基端部７８と、先端部７９とを有し、先端部７９に、挿入方向先端に向けて先細りとなるマンドレル側歯部７７が形成されている。先端寄りのマンドレル側歯部７７の径をφＡ、基端部７８寄りのマンドレル側歯部７７の径をφＢとすると、φＡ＜φＢなる関係になる。そして、前述したように、マンドレル側歯部７７を先細りにする量は、鍛造加工後のかさ歯車２００に施される浸炭熱処理時の歪みによって、センター孔側セレーション２２１の径がセンター孔２０４の軸線方向位置に拘わらず均一になる量に設定してある。下マンドレル７６の高さ寸法は、上マンドレル６５が下降限位置に達したときに当該上マンドレル６５の先端に干渉しない寸法に定められている。
【００５８】
次に、本実施形態の作用を説明する。
【００５９】
第１の実施形態の場合と同様に、上型３０を開いた状態で、上昇限位置まで上昇した下ダイ４２の中心孔４２ａ内に粗材２１０を供給する。図７に示すように、上下型３０、４０を閉じると、上ダイ３３が下ダイ４２に当接する。下ダイ４２は、クッションピン５０を介して、圧油による付勢力が付勢されている。下マンドレル７６は、開口部２１３から貫通孔２１１内に挿入される。上型３０の下降を開始すると、下ダイ４２は、閉塞されたまま下降し、鍛造加工が開始される。
【００６０】
図８に示すように、上型３０をさらに下降すると、下マンドレル７６のマンドレル側歯部７７が貫通孔２１１内にさらに挿入され、上パンチ３４と下パンチ４４との協働により粗材２１０がキャビティ２１内に押し込まれる。
【００６１】
上型３０が下降限位置まで下降すると、下マンドレル７６が相対的に上昇限位置に達し、下マンドレル７６のマンドレル側歯部７７により、鍛造加工と同時に、センター孔２０４に、センター孔側セレーション２２１が塑性加工される。これにより、鍛造工程後にセンター孔２０４の内周面にセレーションを形成するための機械加工であるブローチ加工を省略することができる。また、貫通孔２１１が予め形成された粗材２１０を使用するため、鍛造工程後にセンター孔２０４を形成するための孔開け工程が不要となる。さらに、センター孔２０４が鍛造加工時に形成されるため、歯形部２０３とセンター孔２０４との同心度を容易に高めることができる。
【００６２】
マンドレル側歯部７７は挿入方向先端に向けて先細りである。頂面入口部２０５寄りのセレーション径をφａ、背面入口部２０７寄りのセレーション径をφｂとすると、塑性加工後のセンター孔側セレーション２２１は、φａ＜φｂなる関係にある（図１０（Ｂ）参照）。
【００６３】
上マンドレル６５も下降限位置に達し、上マンドレル６５のテーパ部６８により材料が押し込まれ、第１の実施形態と同様に、歯型３９に向かう材料の塑性流動が生じる。これにより、歯形部２０３に材料が十分に充填され、歯形部２０３での欠肉が防止される。また、第１の実施形態と同様に、上マンドレル６５のテーパ部６８により材料が押し込まれる結果、鍛造加工と同時に、小端部２０２側の頂面入口部２０５に面取り部２０６が塑性加工される。このため、鍛造工程後に面取り部２０６を形成するための機械加工を省略することができる。
【００６４】
そして、上下型３０、４０を開き、ノックアウトリング４５を押し上げて鍛造品を上方に向けて突き出ことにより、大端部２０１と小端部２０２との間に歯形部２０３を有するとともにセンター孔２０４を有するかさ歯車２００が、単工程プレスによって製造される。
【００６５】
この後、鍛造加工後のかさ歯車２００に浸炭熱処理を施す。浸炭熱処理時の熱により、鍛造加工後のかさ歯車２００には歪みが生じる。ここで、マンドレル側歯部７７を先細りに予め変化させておく量は、浸炭熱処理時に生じる歪み量を考慮して決定してある。したがって、浸炭熱処理後のセンター孔側セレーション２２１は、φａ＝φｂなる関係になり、センター孔２０４の軸線方向位置に拘わらず均一になる（図１０（Ｃ）参照）。この結果、センター孔２０４のセレーション径に関する品質を安定化させることが可能となる。
【００６６】
マンドレル側歯部７７の径を修正することは、浸炭熱処理時の歪み量を考慮してブローチを製作する場合に比べて容易である。このため、下マンドレル７６におけるマンドレル側歯部７７を小修正することにより、鍛造加工後のセンター孔側セレーション２２１の形状、つまり鍛造形状を任意かつ容易に変化させることができる。したがって、新規形状のかさ歯車あるいは新規材料からなるかさ歯車を製造する場合でも、浸炭熱処理時に生じる歪み量を考慮して鍛造加工後のセンター孔側セレーション２２１の形状を迅速に決定でき、開発期間を短縮することが可能となる。
【００６７】
以上説明したように、本実施形態のかさ歯車２００の製造方法は、大端部２０１と小端部２０２との間に歯形部２０３を有するとともにセンター孔２０４を有するかさ歯車２００を、歯形部２０３を形成する歯型３９を備える鍛造型２０を用いて、鍛造加工により製造するに際し、貫通孔２１１が予め形成された粗材２１０の貫通孔２１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部２１２、２１３のうちの一方の開口部２１３から、鍛造型２０に設けられた下マンドレル７６を挿入し、下マンドレル７６に形成されるとともに挿入方向先端に向けて先細りとなるマンドレル側歯部７７によって、センター孔２０４に挿入連結される連結軸２３０に形成された軸側セレーション２３１に噛み合うセンター孔側セレーション２２１を塑性加工してなり、マンドレル側歯部７７を先細りにする量を、鍛造加工後のかさ歯車２００に施される浸炭熱処理時の歪みによって、センター孔側セレーション２２１の径が当該センター孔２０４の軸線方向位置に拘わらず均一になる量に設定するので、鍛造加工と同時にセンター孔側セレーション２２１が塑性加工されるため、鍛造工程後にセンター孔側セレーション２２１を形成するための機械加工であるブローチ加工を省略することができる。また、塑性加工したセンター孔側セレーション２２１は浸炭熱処理時に生じる歪み量が考慮されているので、浸炭熱処理後のセンター孔側セレーション２２１は、センター孔２０４の軸線方向位置に拘わらず均一になり、その結果、センター孔側セレーション２２１の径に関する品質を安定化させることが可能となる。さらに、新規形状のかさ歯車あるいは新規材料からなるかさ歯車を製造する場合でも、浸炭熱処理時に生じる歪み量を考慮して鍛造加工後のセンター孔側セレーション２２１の形状を迅速に決定でき、開発期間を短縮することが可能となる。
【００６８】
また、軸側歯部２３１およびセンター孔側歯部２２１は、セレーションであるので、かさ歯車２００と連結軸２３０との間のトルクの伝達が確実なものとなる。
【００６９】
また、本実施形態のかさ歯車２００の製造装置１０ａは、大端部２０１と小端部２０２との間に歯形部２０３を有するとともにセンター孔２０４を有するかさ歯車２００を、歯形部２０３を形成する歯型３９を備える鍛造型２０を用いて、鍛造加工により製造するかさ歯車２００の製造装置１０ａにおいて、貫通孔２１１が予め形成された粗材２１０の貫通孔２１１の軸線方向に沿って両端に位置する開口部２１２、２１３のうちの一方の開口部２１３から、貫通孔２１１内に挿入される下マンドレル７６を有し、下マンドレル７６に、センター孔２０４に挿入連結される連結軸２３０に形成された軸側セレーション２３１に噛み合うセンター孔側セレーション２２１を塑性加工するマンドレル側歯部７７を、挿入方向先端に向けて先細りに形成してなり、マンドレル側歯部７７を先細りにする量を、鍛造加工後のかさ歯車２００に施される熱処理時の歪みによって、センター孔側セレーション２２１の径が当該センター孔２０４の軸線方向位置に拘わらず均一になる量に設定したので、上述したのと同様に、鍛造工程後にセンター孔側セレーション２２１を形成するための機械加工であるブローチ加工を省略することができ、センター孔側セレーション２２１の径に関する品質を安定化させることが可能となり、さらに、新規形状のかさ歯車などを製造する場合における開発期間を短縮することが可能となる。
【００７０】
なお、鍛造加工と同時に、センター孔側歯部２２１を塑性加工するのに加えて面取り部２０６を塑性加工する第２の実施形態について説明したが、かさ歯車の形状に応じて、センター孔側歯部２２１のみを塑性加工する形態に改変することも可能である。
【００７１】
また、熱処理時の歪みの発生傾向が異なる具合には、開口部２１２側からマンドレルを挿入することも可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の実施形態に係るかさ歯車の製造装置の、鍛造型が開かれた鍛造前の状態を示す断面図である。
【図２】同製造装置の、鍛造型が閉じられ鍛造加工途中の状態を示す断面図である。
【図３】同製造装置の、鍛造加工が完了した状態を示す断面図である。
【図４】図２の要部を示す断面図である。
【図５】図３の要部を示す断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、かさ歯車を製造する際に使用される鍛造前の粗材であって、貫通孔が予め形成された粗材を示す断面図、図６（Ｂ）は、鍛造加工により製造されたかさ歯車を示す断面図である。
【図７】本発明の第２の実施形態に係るかさ歯車の製造装置の、鍛造型が閉じられ鍛造加工途中の状態の要部を示す断面図である。
【図８】同製造装置の、鍛造加工が完了した状態の要部を示す断面図である。
【図９】第２の実施形態において用いられる下マンドレルを示す図である。
【図１０】図１０（Ａ）は、かさ歯車を製造する際に使用される鍛造前の粗材であって、貫通孔が予め形成された粗材を示す断面図、図１０（Ｂ）は、鍛造加工により製造されたかさ歯車を示す断面図、図１０（Ｃ）は、熱処理後のかさ歯車の断面を、連結軸とともに示す図である。
【図１１】センター孔の内周面にセレーションが形成された一般的なかさ歯車を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７３】
１０、１０ａ    かさ歯車の製造装置、
２０    鍛造型、
３０    上型、
３５    上マンドレル（マンドレル）、
３６    大径部、
３７    小径部、
３８    テーパ部、
３９    歯型、
４０    下型、
４６    下マンドレル、
６５    上マンドレル、
６８    テーパ部、
７６    下マンドレル（マンドレル）、
７７    マンドレル側歯部、
１００、２００    かさ歯車、
１０１、２０１    大端部、
１０２、２０２    小端部、
１０３、２０３    歯形部、
１０４、２０４    センター孔、
１０５、２０５    頂面入口部、
１０６、２０６    面取り部、
１０７、２０７    背面入口部、
１０８            底部、
１１０、２１０    粗材、
１１１、２１１    貫通孔、
１１２    開口部（頂面入口部をなす側の開口部）、
１１３    開口部、
２１２    開口部、
２１３    開口部（一方の開口部）、
２２１    センター孔側セレーション（センター孔側歯部）、
２３０    連結軸、
２３１    軸側セレーション（軸側歯部）、
Ｌ        軸直交線。
【図１】
2005007480.tif 000003
【図２】
2005007480.tif 000004
【図３】
2005007480.tif 000005
【図４】
2005007480.tif 000006
【図５】
2005007480.tif 000007
【図６】
2005007480.tif 000008
【図７】
2005007480.tif 000009
【図８】
2005007480.tif 000010
【図９】
2005007480.tif 000011
【図１０】
2005007480.tif 000012
【図１１】
2005007480.tif 000013